滇東白龍山煤礦礦井水處理工藝及回用分析

李亞娟，余耀宏，盧 劍，胡大龍，楊 陽

(西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032)

礦井水由所采煤層及開拓巷道附近的地下水以及少量滲入的地表水組成，受水文地質條件、開采條件等影響其水質與普通地表水差異較大[1，2]。按照污染物特征，礦井水可分為含懸浮物礦井水、高礦化礦礦井水、酸性礦井水和特殊污染物礦井水四類[3]。礦井水中的懸浮物粒徑較小、沉降性能差，針對高懸浮物礦井水通常采用混凝澄清[4-6]、超磁分離凈化[7，8]、無機陶瓷膜分離[9]等方法處理，處理后出水滿足達標排放及回用要求。礦井水水量偏大，處理后通過煤礦自身難以回用完。對于煤電一體化經營模式的企業，將處理達標后的礦井水部分作為煤礦生產用水，剩余部分作為電廠生產水源，一方面可以實現礦井水的回用，有效減少污染物排放；一方面降低了新鮮水取水量和取水成本，具有顯著的環保和經濟效益。

1 礦井水水質

云南滇東白龍山礦區按煤電一體化開發建設，燃煤機組總裝機容量為2400MW(4×600MW)，配套開發總年產量800萬t的煤礦，其中，一井、二井建設規模分別為300萬t/a、500萬t/a。礦井水涌水量較大，一井水量約為412m3/h，二井水量約為650m3/h，合計水量達到1062m3/h。礦井水水質分析結果見表1。

表1 礦井水水質分析結果

2 處理工藝及效果

2.1 工藝流程

一井、二井工業場地聯合布置，礦井水統一處理，采用“高效澄清池+重力無閥濾池+ClO2消毒”處理工藝，工藝流程如圖1所示。井下排水先進入預沉調節池，經泵提升、加混凝劑和助凝劑后進入高效澄清池，經絮凝反應、固液分離后，出水進入重力無閥濾池，再經ClO2消毒后排至清水池。預沉調節池及高效澄清池的排泥水經污泥濃縮池、離心脫水機處理后，煤泥同原煤一并經輸煤棧橋輸送至選煤廠。無閥濾池反洗排水和污泥濃縮池上清液均排入預沉調節池繼續處理。

圖1 礦井水處理工藝流程

2.2 主要處理單元

1)預沉調節池：主要用于去除礦井水中比重較大的懸浮雜質和粒徑超過100μm的浮油，尺寸為L×B×H=30m×16m×5m，分為兩格，鋼混結構。池底配有桁車式刮泥機，將池底污泥刮集至集泥槽，再通過排泥管將污泥輸送至污泥濃縮池。池頂配有刮油機和集油管，將浮油排入污油罐進行回收利用。

圖2 高效澄清池

2)高效澄清池：尺寸為L×B×H=17m×17.5m×5m，鋼混結構。高效澄清池分為凝聚區、絮凝區、沉淀區、濃縮區，具體如圖2所示。在凝聚區投加PAC(加藥量為30mg/L)通過攪拌器快速混合，發生凝聚反應，生成小顆粒礬花，然后進入絮凝區，投加PAM(加藥量為0.5mg/L)，在攪拌葉輪作用下與濃縮區回流泥渣接觸反應生成大顆粒礬花，出水進入沉淀區進行泥水分離，沉淀區安裝有斜管，清水由池頂集水槽收集，污泥進入濃縮區，經濃縮后的泥渣部分回流至絮凝區，剩余部分排至污泥濃縮池。

3)重力無閥濾池：尺寸為L×B×H=15m×10m×5m，鋼混結構。采用小阻力濾板配水系統，濾池內設有無煙煤和石英砂雙層濾料，進一步去除澄清池出水中的微小懸浮雜質和膠體顆粒。無閥濾池利用水體自身重力完成過濾及反沖洗過程，動力消耗低，操作簡單。

4)消毒處理：濾池出水自流進入清水池，尺寸為L×B×H=10m×8m×5m，鋼混結構。在清水池進水管道中加入ClO2消毒劑，去除水中菌類和微生物，消毒劑加藥系統由ClO2發生器和ClO2射水泵組成，ClO2發生器的產氯量為3000g/h。

5)污泥處理：包括污泥濃縮池和脫水機。濃縮池尺寸為L×B×H=10m×7m×4m，鋼混結構，有效容積為250m3，主要是依靠重力濃縮降低污泥含水率，濃縮池拍出的泥漿含水率約為95%，泥漿經渣漿泵輸送至離心脫水機，脫水機處理量為30m3/h，離心后的濾液水回流進入濃縮池，脫水機出口的煤泥含水率<75%。

2.3 處理效果

礦井水處理站自2018年7月份投運以來，出水水質良好，對懸浮物去除率達到90%以上，出水懸浮物小于10mg/L。進出水濁度檢測結果如圖3所示，高效澄清池出水濁度小于15NTU，無閥濾池出水濁度小于5NTU，出水滿足《煤礦井下消防、灑水設計規范》(GB 50383—2016)、《煤炭工業污染物排放標準》(GB 20426—2006)以及《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB/T 50050—2017)等標準。

圖3 進出水濁度變化曲線

3 出水回用研究

礦井水處理站產水量為1060m3/h(煤泥帶走水量約2m3/h)，根據煤礦的實際運行情況，出水約130m3/h回用于井下生產用水，約10m3/h回用于地面生產用水(地面生產用水大部分采用的是生活污水處理站出水)，剩余920m3/h達標排放。由于在滿負荷情況下4×600MW燃煤機組循環水補水量高達4100m3/h，補水水源為地表水，為了實現節水減排以及有效保護周邊水體，該企業計劃將處理達標的920m3/h礦井水作為循環水補水。

由于排污許可證對燃煤機組生產廢水總磷排放限值為0.5mg/L，因此選用環保型無磷水穩劑通過極限碳酸鹽法[11-16]確定循環水濃縮倍率，選用五種水穩劑開展試驗，結果見表2。根據試驗結果，采用#4水穩劑循環水極限濃縮倍率為6.03倍，工業應用值可達到5.13倍。因此，最終確定采用礦井水后循環水濃縮倍率控制為5倍，以實現循環水高濃縮倍率運行。

4 效益分析

按照設備年運行時間5000h計，經濟效益分析見表3。根據表3的統計結果，礦井水處理成本為222萬元/a(即0.42元/t水)。礦井水處理后全部作為煤礦和電廠生產用水，每年可減少地表水取水量530萬m3，減少取水費450萬元；每年可減少廢水外排531萬m3，減少排污費318萬元，則年經濟效益合計為546萬元。此外，每年可減少COD排量185.92t、減少氨氮排量25.49t、減少懸浮雜質排量4035.60t，年污染物減排合計4247t。由此可見，將礦井水處理后回用具有顯著的經濟、環保和社會效益。

表2 循環水水穩劑極限碳酸鹽試驗結果

表3 經濟效益分析表

5 結 論

1)高懸浮物礦井水采用“高效澄清池+重力無閥濾池+ClO2消毒”處理工藝，懸浮物去除率大于90%，出水濁度小于5NTU，系統運行穩定，具有良好的推廣應用前景。

2)處理合格的礦井水140m3/h作為煤礦生產用水，920m3/h作為燃煤機組循環水補水，實現礦井水零排放。采用環保型無磷阻垢劑，循環水濃縮倍率可達到5倍。

3)礦井水處理成本為222萬元/a，出水回用后該煤電一體化企業每年產生的經濟效益為546萬元，污染物減排合計4247t/a，廢水減排531萬m3/a。